气象雷达及气象对雷达作用距离地影响

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1、气象雷达介绍英文名称—meteorologicalradar一、发展历史1941年在英国最早使用雷达探测风暴。1942～1943年，美国麻省理工学院专门设计了为气象目的使用的雷达。在气象雷达发展初期，一般都靠手工操作，回波资料只能作定性分析。60年代采用了多普勒技术，气象多普勒雷达具有对大气流场结构的定量探测能力；常规雷达的数字显示和彩色显示也相继出现。70年代，除联合使用多部多普勒雷达外，又相继发展了大功率高灵敏度的甚高频和超高频多普勒雷达和具有多普勒性能的高分辨率调频连续波雷达。80年代以后，在多普勒雷达的基础上，科罗拉多州立大学电子工程系的教授提出了偏振气象雷达的思想，为大气雷达探测，

2、已经气象资料分析提供了一个更为先进的平台。偏振多普勒雷达参数为分析雨滴等降水信息分布，以及降雨形状分布提供了更为精确的信息。科罗拉多州立大学的CSU-CHILL雷达也是世界上该领域最为先进的天气雷达，CSU-CHILL是美国国家天气雷达设备，由NSF提供资金，科罗拉多州立大学负责。近期新型气象雷达有双波长气象雷达、多参数气象雷达等。二、分类按雷达工作频率（波长）及对应功能分类：l用X（波长2.4～3.75厘米）、C（波长3.75～7.5厘米）和S（波长7.5～15厘米）波段雷达探测降水,其中S波段最适用于探测暴雨和冰雹；lK（波长0.75～2.4厘米）波段雷达探测各种不产生降水的云；l用高灵

3、敏度的超高频和甚高频雷达可以探测对流层－平流层-中层的晴空流场。按工作原理分类：l多普勒气象雷达l偏振气象雷达l双波长气象雷达l多参数气象雷达三、各类型雷达工作原理1）脉冲多普勒气象雷达【基本原理】多普勒速度-》多普勒频移~7~多普勒雷达发射出的电磁波，遇到运动的目标物后，返回信号产生频率漂移，从而可导出目标物相对于雷达运动的径向速度。基本公式如下：（1）fD就称为多普勒频移或多普勒频率，它是由于目标物的径向运动而引起的信号的频率变化。目标物的径向速度υ称为多普勒速度。图1脉冲多普勒雷达原理框图图1所示为脉冲多普勒雷达的原理方框图。发射机产生频率为fO、持续时间为τ的高频振荡。大部分功率通过

4、天线转换开关到达雷达天线，并以电磁波的形式辐射出去。一小部分功率从发射机进入混频器，与从一个非常稳定的本地振荡器产生的信号在混频器中相混合，然后输出中频信号，传送到相干振荡器。当来自目标的回波信号被雷达天线接收后，也与来自稳定的本地振荡器的信号相混合，产生一个具有回波信号相位特征的中频，经过放大后，在相位鉴别器中与来自相干振荡器的中频信号进行比较，得出这两个信号的相位差。根据接连的两个回波脉冲之间相位差的变化率Δϕ/T，即可得出多普勒频移fD:(2)式中T为探测脉冲之间的间隔时间，即重复周期。由于接连两个回波信号的相位差Δφ，是2π的周期性函数，当相位差超过2π时，就难以确定其值究竟是多少。

5、而当相位差有正有负时，为了准确地确定相位差值，更必须限制最大的相位差在±π的范围内。因此，多普勒雷达所能测定的多普勒频移，或目标的径向速度，有一定的限制。这个最大可测径向速度称为最大不模糊速度，用Vm表示。由（1）和（2）式可导出（3）由此可知，多普勒雷达的最大不模糊速度Vm与雷达波长和重复频率F成正比。~7~【测雨原理】回波信号-》多普勒谱-》径向速度谱-》滴谱分布（降雨类型）多普勒天气雷达除了测量回波信号的平均功率之外，还要对回波信号的场强E（t）作频谱分析，进行频谱分析可以得到以多普勒频率为函数的后向散射功率，这个函数通常用S(f)表示，称为多普勒谱。在每个频率间隔Δf内的回波功率，是

6、运动速度相应于Δf的降水粒子的回波功率之和。利用（1）式，S(f)可以变成S（V），称为降水粒子的径向速度谱，根据径向速度谱可以计算目标的平均多普勒速度V和速度的方差σV2，从中可以进一步了解降水粒子的滴谱分布和降水粒子所在气层的大气湍流情况。具体应用如下：l探测降水区中气流的垂直速度（平均值）天线垂直指向天顶的多普勒雷达，可以测量降水粒子的平均多普勒速度V。由于多普勒速度V是降水粒子降落末速度Wt和气流的垂直速度W之和，V=Wt+W，所以，若已知降水粒子在静止大气中的降落速度Wt，即可确定气流的垂直速度W。目前主要有三种测量方法：速度谱低端法、w0-Z关系法、综合测量法。l雨滴谱的测量不同

7、大小的降水粒子具有不同的降落末速度Wt，产生的回波功率也不同。利用垂直指向的多普勒雷达可以测定回波信号的多普勒谱。若已知气流的垂直速度W，则由于Wt=V-W，可以得到回波随降水粒子末速度Wt的分布。l湍流的估计多普勒谱的宽度可以用多普勒速度的方差σV2来度量，多普勒谱的宽度是由下列四个因素决定的：降水粒子的末速度、空气的湍流谱、波束截面上风速的垂直切变、波束宽度的影响。总的方差σV2可以写成由上述四个因素产生